追蹤火衛(wèi)—行動(dòng)

俄羅斯曾于2009年初宣布，最早將在2009年10月向火星的衛(wèi)星(簡(jiǎn)稱(chēng)“火衛(wèi)”)福波斯發(fā)射“福波斯一土壤”飛船，飛船將登陸福波斯，并提取這顆火衛(wèi)的一些表面樣本帶回地球。這引起了國(guó)際天文學(xué)界的廣泛關(guān)注，天文學(xué)家稱(chēng)“福波斯一土壤”計(jì)劃是有史以來(lái)“最大膽的無(wú)人太空探測(cè)計(jì)劃之一”。可令人遺憾的是，到2009年9月，俄羅斯又宣布，因需要進(jìn)一步完善，“福波斯一土壤”飛船的發(fā)射將推遲到2011年。

事實(shí)上，在火星探索方面，俄羅斯人一直都不走運(yùn)。自1960年以來(lái)，他們已經(jīng)向火星發(fā)射了20艘飛船(探測(cè)器)，但這些飛船要么徹底失敗，要么遭遇嚴(yán)重的技術(shù)問(wèn)題。而這一次的“福波斯一土壤”任務(wù)如果能成功完成，足以讓俄羅斯人挽回全部面子。天文學(xué)家為什么對(duì)福波斯情有獨(dú)鐘呢?

設(shè)想：移民火星用它當(dāng)跳板

火衛(wèi)福波斯是于1877年8月18日由天文學(xué)家阿薩夫·霍爾在位于華盛頓特區(qū)的美國(guó)海軍天文臺(tái)首次發(fā)現(xiàn)的。“福波斯”這個(gè)名字取自于希臘神話(huà)中的恐懼之神福波斯，他是阿瑞斯神(即火星)之子。在火星僅有的兩顆衛(wèi)星中，福波斯是較大的、距離火星較近的一顆。火星的另一顆衛(wèi)星是德莫斯(也是由霍爾率先發(fā)現(xiàn)的)。中國(guó)稱(chēng)福波斯為火衛(wèi)一，稱(chēng)德莫斯為火衛(wèi)二。

福波斯是一顆小天體，在距離其母行星火星核心約9377千米的軌道上運(yùn)行，與火星之間的距離比其他任何已知衛(wèi)星與母行星之間的距離都近。天文學(xué)家之所以對(duì)這樣一個(gè)小天體感興趣，是因?yàn)樗麄冋J(rèn)為通過(guò)探測(cè)它可以了解太陽(yáng)系早期歷史的很多信息，例如地球的衛(wèi)星月球和其他行星的衛(wèi)星是怎樣形成的，小行星的碰撞在塑造類(lèi)地行星(或巖石行星)方面起了什么樣的作用等等。

與地球的衛(wèi)星月球不同，福波斯是一塊土豆形狀的大巖石，寬約20千米，長(zhǎng)約27千米，顏色黑得像煤。在福波斯表面，有一個(gè)寬近10千米、名叫史蒂克妮的隕擊坑，它看上去十分搶眼，是一次幾乎將這顆“侏儒衛(wèi)星”撞碎的大碰撞的證據(jù)。福波斯距離火星很近，僅約6000千米，而地球與月球之間的平均距離長(zhǎng)達(dá)約39萬(wàn)千米。由于靠近火星，福波斯每7小時(shí)39分鐘就環(huán)繞火星一圈，這使得福波斯上的一個(gè)月還不到一個(gè)火星日的1/3。而過(guò)于靠近火星，受潮汐力(火星引力)影響，福波斯的軌道不斷減小，越來(lái)越靠近火星。因此可以說(shuō)，在經(jīng)歷45億年的演化后，現(xiàn)在的福波斯已經(jīng)大限將至。

也正因?yàn)榫嚯x火星很近，且其一面總是朝向火星，所以福波斯是觀(guān)測(cè)火星的一個(gè)好地方，也因此可能成為載人探索火星的前哨站。更重要的是，如果人類(lèi)在福波斯上面建立前哨站，可以很好地避開(kāi)太空輻射——既能得到火星的庇護(hù)，又能得到福波斯本身的保護(hù)。控制人員甚至可以在福波斯的表面遙控火星表面的機(jī)器人，從而消除原本不得不忍受的10分鐘一20分鐘的訊號(hào)遲延——火星巡游車(chē)把訊號(hào)發(fā)回地球需要10分鐘～20分鐘。

當(dāng)然，在我們制訂福波斯人類(lèi)前哨站藍(lán)圖之前，必須深入了解這顆火衛(wèi)的情況，但科學(xué)家眼下連福波斯的構(gòu)成也不十分清楚。他們推測(cè)，福波斯同一組被稱(chēng)為碳粒隕星的小行星相似，都是太陽(yáng)系形成時(shí)期余下的殘塊，在這些原始的天體中包含著構(gòu)筑生命大廈的“磚頭”——氨基酸，并且至今保持著原貌。科學(xué)家還根據(jù)福波斯和德莫斯特有的構(gòu)成推測(cè)，它們可能原本就是被火星引力所俘獲的小行星。不過(guò)，這一推測(cè)遠(yuǎn)非定論。

對(duì)天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，福波斯是一個(gè)有趣的天體，他們期待“福波斯－土壤”屆時(shí)能把福波斯的土壤樣本帶回地球，這樣他們就可以詳盡分析其成分和年齡，進(jìn)一步了解福波斯的歷史，從而更深入地揭示太陽(yáng)系形成時(shí)期的情況。

奇特：去遠(yuǎn)方比到近處更容易

按理說(shuō)，人們更關(guān)注的應(yīng)該是火星這顆紅色行星本身，而不是火星的衛(wèi)星。那俄羅斯人的“福波斯－土壤”的探測(cè)目標(biāo)為什么不是火星，而是福波斯呢?對(duì)這個(gè)問(wèn)題的回答你可能難以相信一從地球發(fā)射一艘無(wú)人飛船往返福波斯，比從地球往返月球還容易。這是怎么一回事?

通常人們根據(jù)直覺(jué)認(rèn)為，太空飛行所需的能量一定跟太空飛行的距離有關(guān)。但實(shí)際上，與人們的直覺(jué)相反，根據(jù)軌道機(jī)理法則，在太陽(yáng)系中的兩點(diǎn)之間旅行所需的能量，與這兩點(diǎn)之間的距離幾乎沒(méi)有關(guān)系，而與一個(gè)叫做“德?tīng)査?V”的參量有很大的關(guān)系。所謂“德?tīng)査?V”，是指飛船用以從一個(gè)軌道轉(zhuǎn)到另一個(gè)軌道所需要的速度改變值。“德?tīng)査?V”的大小取決于下列因素：飛船出發(fā)點(diǎn)與到達(dá)點(diǎn)的引力場(chǎng)強(qiáng)度；飛船在遠(yuǎn)離或接近太陽(yáng)時(shí)所需的能量；飛船能從大氣制動(dòng)(在一顆行星的大氣層中飛過(guò)以幫助減速)中獲得多少幫助。

實(shí)際上，從地球上發(fā)射一艘無(wú)人飛船到福波斯比到月球還容易——一艘無(wú)人飛船從地球往返福波斯，所需的總“德?tīng)査?V”簡(jiǎn)直低得驚人，只相當(dāng)于地球和月球的往返之旅所需的約80％。這一方面是因?yàn)楦２ㄋ沟囊ξ⑷酰涣硪环矫妫岋w船直接到達(dá)火星表面，然后重新回到軌道，所需的“德?tīng)査?V”也比前往福波斯大得多。這就是說(shuō)，在福波斯表面建立并維持一個(gè)人類(lèi)前哨站比在火星表面要容易得多，成本也會(huì)低得多。

假如該任務(wù)取得成功，“福波斯－土壤”將成為在地球與福波斯之間的太空高速路上往返的第一艘地球飛船。屆時(shí)，這艘1噸重的飛船將首先進(jìn)入環(huán)繞火星的軌道，開(kāi)始遠(yuǎn)距離地探測(cè)福波斯。待科學(xué)家選定登陸地點(diǎn)后，飛船就會(huì)登陸福波斯。之后，飛船將伸展一只機(jī)械臂，開(kāi)始搜集福波斯表面的土壤和巖石樣本，并最終將樣本帶回地球。重要：了解太陽(yáng)系早期歷史

行星學(xué)家希望通過(guò)分析福波斯的土壤樣本來(lái)揭示這顆火衛(wèi)內(nèi)部的性質(zhì)。這是因?yàn)樵诼L(zhǎng)歲月里福波斯的內(nèi)部和表面之間一直在進(jìn)行物質(zhì)交換。福波斯的密度很低，僅相當(dāng)于一般玄武巖的約2/3，這意味著福波斯可能與太陽(yáng)系小行星帶外圍那些富含水分的天體相似。如果要把福波斯作為載人登陸火星的前沿陣地，首先必須弄清楚的問(wèn)題有：福波斯是否含有水，如果有的話(huà)有多少水，水以何種形式存在、存在于何處等等。找到這些問(wèn)題的答案，無(wú)疑將有助于確定以何種方式載人前往火星。

福波斯的外表也有諸多奧秘待解。除了巨大的史蒂克妮隕擊坑之外，其表面還有一系列長(zhǎng)長(zhǎng)的隕擊坑，這是火衛(wèi)二德莫斯所不具備的特征，而且迄今為止由太空探測(cè)器拍攝過(guò)的6顆常規(guī)小行星也都不具備這些特征。有一種理論認(rèn)為，福波斯的這些隕擊坑是古老的蒸汽噴口，是遠(yuǎn)古一次災(zāi)難性碰撞的遺產(chǎn)，這次碰撞碰裂了福波斯的地殼，加熱了福波斯的內(nèi)部。使蒸汽噴涌而出。假如這種假說(shuō)成立，對(duì)未來(lái)的載人火星之旅來(lái)說(shuō)當(dāng)然是好消息，因?yàn)閲姎饪跇?biāo)志著含水礦物質(zhì)層所在的位置，或許下面深埋著大量的水冰。

第二種猜測(cè)則沒(méi)那么誘人了，這些隕擊坑是火星潮汐力或天體撞擊導(dǎo)致的裂縫，正是潮汐力和撞擊導(dǎo)致了福波斯整個(gè)變形。

第三種理論認(rèn)為，福波斯表面的隕擊坑鏈與火星古代遭遇的多次碰撞有關(guān)。火星在過(guò)去遭遇的一些隕星撞擊力度非常之大，以至于被撞出的火星地殼碎塊以大大高于逃逸速度(指能掙脫火星引力的最低速度)的速度飛向太空。科學(xué)家在地球上發(fā)現(xiàn)了一些明顯是起源于(即來(lái)自于)火星的隕石，它們顯然是在太陽(yáng)系中飄飛了一陣子之后才登陸地球的。既然火星碎片能夠到達(dá)地球，那么其中很多碎片應(yīng)該在逃離火星途中撞上了福波斯，這樣一來(lái)自然會(huì)在福波斯表面形成隕擊坑鏈及其他的隕擊坑地貌。

如此看來(lái)，俄羅斯的“福波斯－土壤”計(jì)劃無(wú)論何時(shí)實(shí)施，其創(chuàng)意本身就非常高明。考慮到它的易到達(dá)性，它確實(shí)是未來(lái)太空探索(無(wú)論是載人的還是不載人的)的一個(gè)天然前哨站。如果在從地球前往火星旅程中有一個(gè)重要的跳板之地，就非福波斯這塊奇怪、有趣的太空大巖石莫屬了。